Особенности формирования структуры сварных соединений при сварке трением с перемешиванием высокопрочных алюминий-литиевых сплавов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат наук Пантелеев Михаил Дмитриевич

• Пантелеев Михаил Дмитриевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Пантелеев Михаил Дмитриевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ В СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ИЗДЕЛИЙ 11 АВИАЦИОННОЙ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

1.1 Применение алюминий-литиевых сплавов первого и второго поколений в конструкциях изделий авиационной и ракетно-космической техники

1.2 Особенности свариваемости алюминий-литиевых сплавов третьего поколения

1.3 Описание процесса СТП и перспективы его применения для ^ соединения высокопрочных алюминий-литиевых сплавов

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Исследуемые материалы

2.2 Методы исследований

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТП НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВЫСОКОПРОЧНЫХ АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ В-1461 И В-1469

3.1 Аналитический расчет параметров процесса СТП

3.2 Экспериментальный выбор режимов СТП сплавов В-1461, В-1469

3.3 Металлографические исследования сварных соединений листовых полуфабрикатов высокопрочных алюминий-литиевых сплавов В-1461 45 и В-1469

3.4 Планирование эксперимента при оптимизации технологических режимов СТП листовых полуфабрикатов высокопрочных алюминий- 46 литиевых сплавов В-1461 и В-1469

3.5 Влияние шероховатости поверхности швов, выполненных СТП, на усталостные характеристики сварных соединений сплавов В-1461, 53 В-1469

3.6 Влияние подготовки поверхности на качество сварных соединений ^ сплава В-1469, выполненных СТП

3.7 Влияние технологии исправления дефектов на механические свойства сварных соединений высокопрочных алюминий-литиевых 59 сплавов В-1461 и В-1469

3.8 Влияние термической обработки на механические свойства сварных соединений высокопрочных алюминий-литиевых сплавов 60 В-1461, В-1469

3.9 Коррозионная стойкость и эффективные способы ее повышения

для сварных соединений листов сплавов В-1461, 62 В-1469

ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СТП 67 ВЫСОКОПРОЧНОГО АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВОГО СПЛАВА В-1469

4.1 Влияние режимов СТП на механические характеристики сварных соединений прессованных панелей алюминий-литиевого сплава 67 В-1469

4.2 Анализ структурно-фазового состояния сварных соединений прессованной панели высокопрочного алюминий-литиевого сплава В-

4.2.1 Рентгеноструктурный анализ сварных соединений прессованной панели высокопрочного алюминий-литиевого сплава 75 В-1469

4.2.2 Текстура сварных соединений прессованной панели высокопрочного алюминий-литиевого сплава В-1469

4.2.3 Фазовый состав и остаточные напряжения в сварных соединениях прессованной панели высокопрочного алюминий- 78 литиевого сплава В-1469

4.2.4 Электронномикроскопические исследования сварных соединений прессованной панели высокопрочного алюминий- 81 литиевого сплава В-1469

ГЛАВА 5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ИСПЫТАНИЕ КОНСТРУКТИВНО ПОДОБНОГО ОБРАЗЦА СВАРНОЙ КРЫЛЬЕВОЙ ПАНЕЛИ 93 САМОЛЕТА ТУ-204СМ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО АЛЮМИНИЙ-

ЛИТИЕВОГО СПЛАВА В-1469

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Благодарности

Список сокращений и условных обозначений

ICAO - International Civil Aviation Organization, Международная Организация Гражданской Авиации;

ААрДЭС - автоматическая аргонодуговая электросварка;

ЛС - лазерная сварка;

ЭЛС - электронно-лучевая сварка;

VRp- стойкость против образования горячих трещин, мм/мин; СТП (FSW) - сварка трением с перемешиванием (friction stir welding);

- скорость сварки, мм/мин; ю - скорость вращения инструмента, об/мин; ТО - термическая обработка; ПФЭ - полный факторный эксперимент;

n = ®/VOT - коэффициент тепловложения, характеризующийся отношением

скорости вращения инструмента к скорость сварки, об/мм;

аи - угол наклона инструмента к вертикальной оси, град;

ЗТВ - зона термического влияния;

ЗТМВ - зона термомеханического влияния;

ав - предел прочности при растяжении, МПа;

св осн.мет. - предел прочности основного металла, МПа;

св св.с. - предел прочности сварных соединений, МПа;

К = ав св.с. / ав оснмет. - коэффициент ослабления, характеризующийся отношением предела прочности сварного соединения к пределу прочности основного металла; а - угол статического изгиба, град;

л

KCU - ударная вязкость с U-образным надрезом по центру сварного шва, кДж/м ;

МЦУ - малоцикловая усталость;

МКК - межкристаллитная коррозия;

РСК - расслаивающая коррозия;

КСТ - камера соляного тумана;

Фаза 5' - Al3Li;

Фаза 0' - Al2Cu;

Фаза Ti - AbCuLi;

ЗСВ - зоны, свободные от выделений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности формирования структуры сварных соединений при сварке трением с перемешиванием высокопрочных алюминий-литиевых сплавов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Требования 1САО по глобальным темпам повышения топливной эффективности составляют 2% ежегодно в период с 2021 по 2050 г. [1] Подобную задачу не решить без значительного снижения массы самолета, так как известно, что при ее снижении на один процент, экономическая эффективность эксплуатации самолета повышается в 8 раз [2].

Конструкция крыла должна обладать достаточной прочностью и жесткостью для обеспечения безопасности полета во всех допустимых режимах эксплуатации, поэтому на него приходится значительная часть массы самолета. Снижение массы крыла позволяет увеличить полезную нагрузку при неизменном расходе топлива и повысить экономическую эффективность самолета [3].

Основным материалом для верхней панели крыла отечественных самолетов, работающей на сжатие, является высокопрочный несвариваемый сплав В95очТ2, имеющий высокие характеристики прочности и вязкости разрушения. При изготовлении конструкции крыльевой панели из сплава В95очТ2 применяют болтовые и заклепочные соединения [4]. За рубежом применяются панели из высокопрочных сплавов серии 7ХХХ системы А1-7п-М£ (7055 - В96ц3; 7475 -В95оч; 7178 и др.) и алюминий-литиевого сплава 2099 [5,6, С.44].

Алюминий-литиевые сплавы отличаются повышенной удельной прочностью, коррозионной стойкостью, повышенными характеристиками малоцикловой усталости и вязкости разрушения. Они являются перспективной альтернативой сплаву В95очТ2, так как их применение позволяет снизить массу на 12% за счет пониженной плотности [7,8].

Современные подходы к созданию авиационной техники предполагают повышение весовой эффективности не только за счет применения материалов с повышенными физико-механическими характеристиками, но и перспективных технологий их соединения. Так, замена клепаных и болтовых соединений сварными позволяет дополнительно снизить массу на 12% [9,10,11]. Однако, проведенные исследования свариваемости отечественных и зарубежных

алюминий-литиевых сплавов показали, что они характеризуются повышенной склонностью к образованию горячих трещин, порообразованию и значительному разупрочнению под воздействием термического цикла сварки плавлением, что существенно ограничивает их применение в сварных конструкциях [12,13].

Повысить технологичность сварных соединений из высокопрочных алюминий-литиевых сплавов возможно за счет применения новых процессов сварки в твердой фазе, в частности, сварки трением с перемешиванием (СТП) [1415].

Переход к сварным конструкциям из высокопрочных алюминий-литиевых сплавов предполагает обязательную разработку и внедрение новых эффективных технологических процессов сварки, что, в конечном итоге, определяет возможность создания перспективных изделий авиационной техники.

Выполнение основных разделов данной работы проходило в рамках НИР, выполненных за счет средств федерального бюджета Федеральной целевой программы «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002-2010 годы и на период до 2015 года» (шифры «Концепт» и «Интеллект»).

Цель работы: установление зависимостей свойств сварных соединений от структурно-фазового состояния при сварке трением с перемешиванием высокопрочных сплавов системы АЬ^-^.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать влияние технологических параметров процесса сварки трением с перемешиванием листов высокопрочных алюминий-литиевых сплавов В-1461, В-1469 на прочностные характеристики и шероховатость поверхности сварных соединений.

2. Исследовать влияние шероховатости поверхности швов на усталостные характеристики сварных соединений высокопрочных алюминий-литиевых сплавов В-1461, В-1469.

3. Исследовать коррозионную стойкость сварных соединений и эффективные способы ее повышения для сварных соединений листов высокопрочных алюминий-литиевых сплавов В-1461, В-1469.

4. Исследовать формирование структуры и фазового состава сварных соединений прессованной панели из высокопрочного алюминий-литиевого сплава В-1469.

5. Определить несущую способность конструктивно-подобного образца сварной панели из алюминий-литиевого сплава В-1469 при испытаниях на сжатие с оценкой преимущества по весовой эффективности.

Научная новизна диссертации:

1. Разработаны расчетные модели зависимостей прочности и шероховатости поверхности сварных соединений алюминий-литиевых сплавов В-1461, В-1469 от технологических параметров сварки и определено критическое значение шероховатости поверхности шва, при котором обеспечиваются повышенные значения малоцикловой усталости.

2. Показано, что под воздействием сварочно-термического цикла в переходной зоне сварного соединения происходит снижение содержания основной упрочняющей фазы Т/ и изменение морфологии ее выделений на границах зерен с образованием зон, свободных от выделений, что обуславливает уровень прочностных характеристик сварного соединения.

3. Установлено, что наличие остаточной деформации сдвига и дислокационной структуры высокой плотности в зоне ядра сварного шва обусловливает выделение упрочняющей фазы Т[ на границах субзерен.

Практическая значимость работы

1. Определен диапазон параметров СТП листов высокопрочных алюминий-литиевых сплавов В-1461 и В-1469 толщиной от 3 до 4 мм, обеспечивающий прочность сварных соединений на уровне 0,75-0,8 от прочности основного материала и пониженную шероховатость поверхности сварных швов.

Проведенные исследования позволили разработать технологию «Сварка трением с перемешиванием высокопрочных алюминий-литиевых сплавов В-1461, В-1469» (ТР 1.2.2338-2014) и выпустить дополнительные сведения в раздел «Механические свойства» к паспортам на сплавы В-1461 и В-1469. Получен патент РФ № 2679787 «Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений высокопрочных алюминий-литиевых сплавов системы А1-Си^».

2. Исследована коррозионная стойкость сварных соединений и эффективные способы ее повышения. Оформлены дополнительные сведения в раздел «Коррозионная стойкость» к паспортам на сплавы В-1461 и В-1469.

3. Разработана технология «Сварка трением с перемешиванием прессованных панелей из сплава В-1469» (ТР 1.2.2456-2015) и показана принципиальная возможность создания сварной конструкции верхней крыльевой панели самолета Ту-204СМ.

4. Проведенные испытания на устойчивость при сжатии сварной панели из алюминий-литиевого сплава В-1469 показали повышение несущей способности на 36% и весовой эффективности на 10% по сравнению с панелью-прототипом из алюминиевого сплава В95очТ2.

Положения, выносимые на защиту:

1. Модели зависимостей прочности и шероховатости поверхности сварных соединений листов алюминий-литиевых сплавов В-1461 и В-1469 от технологических параметров сварки трением с перемешиванием

2. Результаты исследования влияния шероховатости поверхности швов при сварке трением с перемешиванием на малоцикловую усталость и характер разрушения сварных соединений листов алюминий-литиевых сплавов В-1461, В-1469.

3. Результаты исследования коррозионной стойкости и эффективных способов ее повышения для сварных соединений листов алюминий-литиевых сплавов В-1461, В-1469.

4. Особенности формирования структурно-фазового состояния сварных соединений прессованных панелей алюминий-литиевого сплава В-1469.

5. Результаты испытаний по определению несущей способности при сжатии конструктивно-подобного образца сварной панели крыла из высокопрочного алюминий-литиевого сплава В-1469.

Личный вклад автора

Соискатель лично выполнял весь комплекс экспериментальных исследований, состоящий из подготовки образцов, исследований структуры объектов испытаний, обработки экспериментальных данных, а также принимал непосредственное участие в отработке параметров проведения экспериментов, обсуждении результатов исследований, подготовке научных публикаций и представлении результатов работы на конференциях.

Степень достоверности и апробация результатов работы

Исследования и испытания проводили с применением современного аттестованного оборудования в соответствии с действующими стандартами и методиками РФ с учетом зарубежных стандартов. Результаты исследований согласуются с фундаментальными основами материаловедения.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Материалы и технологии нового поколения для перспективных изделий авиационной и космической техники» (г. Москва, ФГУП «ВИАМ»,

26.09.2013 г.); «Технологии сварки плавлением новых конструкционных материалов» (г. Москва, ФГУП «ВИАМ» 25.10.2014 г.); «Состояние и основные направления развития сварочного производства» (г. Москва, ОАО «Газпром»,

12.11.2014 г.); «Металловедение и современные разработки в области технологий литья, деформации и термической обработки легких сплавов» (г. Москва, ФГУП «ВИАМ» 18.05.2016 г.); «Сварка и пайка в авиастроении» (г. Москва, ФГУП «ВИАМ» 03.06.2016 г.); «Роль фундаментальных исследований при реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки

на период до 2030 года» (г. Москва, ФГУП «ВИАМ» 28.06.2016 г.); «Новые материалы и технологии глубокой переработки сырья - основа инновационного развития экономики России» (г. Москва, ФГУП «ВИАМ», 27.06.2017 г.); «Роль фундаментальных исследований при реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» (г. Москва, ФГУП «ВИАМ», 28.06.2018 г.); «Алюминий-ХХ1/Соединение» (г. Москва, НП «АПРАЛ», 04.06.2019 г.).

Публикации.

Результаты работы отражены в 21 публикации, из них 16 в журналах, входящих в перечень ВАК и в 1 патенте РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 156 наименований. Содержит 120 страниц машинописного текста, 24 таблицы, 60 рисунков.

ГЛАВА 1. Особенности применения алюминий-литиевых сплавов в сварных конструкциях изделий авиационной и ракетно-космической техники

1.1 Применение алюминий-литиевых сплавов первого и второго поколений в конструкциях изделий авиационной и ракетно-космической техники

Создание гражданской и военной авиационной техники нового поколения, а также современных образцов ракетно-космической техники требует разработки новых конструкционных материалов и технологий их переработки. В России и за рубежом ведутся исследования, направленные на разработку материалов, обеспечивающих максимальную весовую эффективность изделий. Одним из путей решения этой задачи является разработка композиций сплавов пониженной плотности. Этим обусловлен повышенный интерес к легированию алюминиевых

-5

сплавов литием - самым легким из металлов - с плотностью 0,54 г/см [16].

Первым отечественным алюминий-литиевым сплавом системы А1-Си-Ы, является сплав ВАД23. По сравнению с традиционным сплавом Д16 он обладал пониженной на 3 % плотностью и на 8 % повышенным модулем упругости. Сплав ВАД23, позднее известный как 1230, в виде профилей тонкого сечения был заложен в конструкцию сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144, но производство лайнера было прекращено. В конструкциях, предполагающих сварку плавлением, сплав не применялся из-за высокой склонности к образованию горячих трещин и недостаточного уровня прочностных и пластических характеристик сварных соединений.[17].

Настоящим прорывом в разработке алюминий-литиевых сплавов стало открытие эффекта упрочнения при термической обработке обширной группы сплавов тройной системы А1-М§-Ы [18]. На базе этой системы был разработан свариваемый, коррозионностойкий сплав 1420 [19], отличающийся самой низкой

-5

плотностью 2,47 г/см , на 9-13% меньше по сравнению с известными алюминиевыми конструкционными сплавами, а также повышенным (на 10%) модулем упругости (Е = 76 ГПа) при достаточно высокой прочности и

пластичности. В 1970-ых годах сплав 1420 в большом объеме был применен в фюзеляже самолетов вертикального взлета Як-36 и Як-38, Як-41. Применение сплава 1420 в клепаной конструкции позволило снизить массу на 16%, а многолетняя эксплуатация в условиях морского климата показала эффективность применения алюминий-литиевых сплавов в летательных аппаратах.

Перспектива снижения массы самолета за счет замены клепаных соединений сварными привела к обширным исследованиям свариваемости сплава 1420, показавшим склонность сплава к образованию таких дефектов в сварных соединениях как поры, оксидные включения и горячие трещины [20-23]. В результате проведенных работ была кардинально усовершенствована металлургия сплава 1420 и в 1985 г. в КБ им. А.И. Микояна впервые в мире был создан сварной фюзеляж истребителя МиГ-29М, что позволило снизить массу конструктивных элементов до 24%, рисунок 1.1.1а. Самолеты МиГ-29 со сварными баками из сплава 1420, рисунок 1.1.1б, до настоящего времени находятся в эксплуатации.

а б

Рисунок 1.1.1 - Сварные баки истребителя МиГ-29М (а) [24] и ракеты «Дельта-Клиппер» (б) [25]

Алюминий-литиевые сплавы второго поколения обладали улучшенным комплексом механических свойств по сравнению со сплавами первого поколения, в связи с чем они нашли применение в ответственных узлах и деталях. Так, на НПО «Энергия» по заказу американской фирмы «McDonnell-Douglas» для

многоразовой ракеты «Дельта-Клиппер» были изготовлены баки жидкого кислорода из высокопрочного сплава системы А1-Си-Ы 1460, рисунок 1.1.1 б [26,27]. Сварку проводили с использованием специально разработанной присадочной проволоки Св1217 [28]. Применение высокопрочного свариваемого сплава 1460 взамен алюминиевого сплава 1201 позволило снизить массу бака на 35% [29].

1.2 Особенности свариваемости алюминий-литиевых сплавов третьего поколения

Дальнейшим направлением развития сплавов системы А1-Си^ стало повышение вязкости разрушения, термической стабильности и снижение анизотропии свойств за счет оптимизации содержания легирующих элементов, а также технологии деформации и термической обработки. Это обеспечило повышение характеристик пластичности и улучшенную структуру полуфабрикатов [30]. Так, за рубежом были разработаны сплавы, обладающие хорошим сочетанием прочностных свойств и вязкости разрушения: 2199 и 2060, 2050, 2198, 2196 [31], отечественными аналогами которых являются высокопрочные сплавы В-1461, В-1469 третьего поколения системы А1-Си-Ы разработки ФГУП «ВИАМ», таблица 1.2.1.

Таблица 1.2.1 - Химический состав российских алюминий-литиевых сплавов и их зарубежных аналогов [6,32-34]

Марка сплава Страна, Компания, год Содержание основных легирующих элементов, масс.% Содержание примесей, масс.%

Al Cu Li Mg Zr Sc Zn Ag Mn Be Ti Ce Ca Cr H Cd Fe Si

ВАД 23 (1230) СССР ВИАМ, 1959 осн. 4,8-5,8 0,9-1,4 <0,03 - - <0,1 - 0,4-0,8 - <0,15 - - - - 0,1-0,25 <0,3 <0,2

1420 СССР ВИАМ,1993 осн. <0,05 1,8-2,2 4,5-6,0 0,08-0,15 <0,05 - - - 0,00020,005 <0,10 - <0,04 - - - <0,20 <0,15

1424 СССР ВИАМ,1999 осн. - 1,5-1,9 4,1-6,0 0,05-0,3 0,01-0,3 0,1-1,5 - 0,01-0,8 0,0010,2 - - - 0.01-0,5 (0,9-4ДН0"5 - <0,10 <0,08

1460 CCCP ВИАМ,1980 осн. 2,6-3,3 2,0-2,4 0,05 0,08-0,13 0,050,14 - - - - 0,010,05 0,0050,03 - - - - 0,030,15 <0,1

2090 США Alcoa, 1984 осн. 2,4-3,0 1,9-2,6 0,25 0,08-0,15 - <0,1 - <0,05 - <0,15 - <0,05 - - <0,12 <0,1

8090 EAA, 1984 осн. 1,0-1,6 2,2-2,7 0,6-1,3 0,04-0,16 - - - 0,08-0,1 - 0,080,12 - - 0,1 - - <0,3 <0,2

В-1461 Россия ВИАМ, 2001 осн. 2,8-3,5 1,5-1,95 0,01-0,6 0,05-0,15 0,010,15 0,01-0,8 - 0,0050,6 0,02-0,1 0,0050,009 0,0050,02 0,0010,05 0,01-0,3 1,510-5 -5Д10"5 - - -

2099 США Alcoa, 2003 осн. 2,4-3,0 1,6-2,0 0,1-0,5 0,05-0,12 - 0,4-1,0 - 0,1-0,5 <0,0001 - <0,1 - - - - <0,07 <0,05

2199 США Alcoa, 2005 осн. 2,3-2,9 1,4-1,8 0,05-0,4 0,05-0,12 - 0,2-0,9 - 0,1-0,5 <0,0001 - <0,1 - - - - <0,07 <0,05

В-1469 Россия ВИАМ, 2005 осн. 3,2-4,5 1,0-1,7 0,01-0,5 0,02-0,25 0,020,25 0,0010,5 0,15-1,5 0,0030,5 - - - - - - - 0,02-0,5 0,01-0,3

2195 США LM/ Reynolds, 1992 осн. 3,7-4,3 0,8-1,2 0,25-0,8 0,08-0,12 - <0,25 0,25-0,6 0,25 - 0,1 - - - - - <0,15 <0,12

2198 Reynolds/ McCook Metals/Alcan 2005 осн. 2,9-3,5 0,8-1,1 0,25-0,8 0,04-0,18 - <0,35 0,1-0,5 <0,5 - <0,10 - - <0,05 - - <0,01 <0,08

Сплав В-1461 системы А1-Си-Ы-7п пониженной плотности (2,63 г/см ), разработан в качестве альтернативы сплаву В95очТ2 и превосходит его по удельной прочности, жаропрочности, вязкости разрушения, трещиностойкости и коррозионной стойкости. От зарубежных аналогов 2099 и 2199 сплав В-1461 отличается легированием скандием (Бе) и церием (Се), улучшающими литейные свойства и характеристики свариваемости, таблица 1.2.2 [35-37].

Высокопрочный сплав третьего поколения В-1469 на основе системы Л1-Си-ЬьМ^ отличается высоким модулем упругости (Е=78-80 ГПа) и пониженной плотностью (2,67 г/ем3), таблица 1.2.2. Благодаря легированию цирконием (7г), скандием (Бе) и серебром (Л§), сплав В-1469 имеет высокие характеристики удельной прочности и коррозионной стойкости [31]. По прочностным характеристикам сплав В-1469 не уступает зарубежному аналогу 2195, при меньшей анизотропии свойств и более высоких характеристиках вязкости. Сплав В-1469 рекомендован для элементов, работающих на сжатие длительно во всеклиматических условиях до температур 150°С (верхние поверхности крыла, лонжероны, балки, стрингеры и др.). Применение сплава В-1469 взамен сплава В95очТ2 позволяет снизить массу клепаных конструкций до 10% и сварных конструкций до 20% [39-41].

Таблица 1.2.2 - Механические свойства листов сплавов В-1461, В-1469 и сплавов аналогов [6,38]_

Марка сплава Страна, Компания р, кг/м3 ов, МПа 5, %

В-1461Т1 Россия, ВИАМ 2,63 >540-560 >7

В-1469 Т1 2,67 >580-600 >8

В-95очТ2 2,85 >500-540 >8

2195 США, Alcoa 2,71 >550 -

2099 2,63 >490 >6

2199 2,64 >430 >7

Необходимо отметить, что для сплавов третьего поколения с целью улучшению ряда характеристик, таких как пластичность и термическая стабильность, было снижено содержание лития (до 2% масс.), что привело к значительному снижению показателей свариваемости плавлением. (Укр (Акр), мм/мин). [42-44]. рисунок 1.2.1.

а

б

Рисунок 1.2.1- Содержание лития в промышленных Л1-Си-Ы сплавах [6, С. 555558] (а) и диаграмма трещиностойкости при сварке сплавов системы Л1-Си-^ в

зависимости от состава (б) [27]

Для ряда алюминий-литиевых сплавов (1420, 1424, 1460, В-1461, В-1469) были проведены обширные исследования, направленные на разработку составов присадочных материалов с целью повышения свариваемости Л1-Ы сплавов. Выбор состава присадки определялся результатами оценки стойкости к образованию горячих трещин по методике МГТУ им. Н.Э. Баумана. Установлено, что сварка без присадочного материала приводит к трещинообразованию без приложения растягивающей деформации (Укр=0 мм/мин), поэтому для каждого из исследуемых сплавов были подобраны присадочные материалы различных систем легирования, позволяющие получить наилучшие показатели сопротивляемости горячим трещинам Укр , таблица 1.2.3.

Таблица 1.2.3 - Результаты испытаний на стойкость против образования горячих трещин сплавов В-1461, В-1469 на установке ЛТП1-6 [26, 44, 45, 46].

Сплав Марка присадочного материала Укр., мм/мин

1420 Св АМг63 6,0

В-1424 Св 1597 4,5

1460 Св 1201 3,5

Св 1217 6,2

В-1461 Св 1201 3,1

Св 1217 3,5

Св 1209 3,5

Св 1221 3,64

В-1469 Св 1201 3,1

Св 1217 3,64

Св 1209 3,64

Св 1221 3,9

Применение источников лазерного излучения для сварки алюминий -литиевых сплавов перспективно, так как высокая концентрация энергии лазерного луча позволяет вести сварку на высоких скоростях. Это приводит к сокращению времени высокотемпературного нагрева. Однако, высокая плотность мощности излучения приводит к интенсивному выгоранию легко испаряющихся элементов в сварочной ванне (таких как магний, литий, цинк, марганец), что снижает прочность сварного соединения. [47]. Для минимизации этого фактора оптимизируют режимы сварки и применяют присадочную проволоку [48-50]. Результаты исследований механических характеристик сварных соединений, выполненных лазерной (ЛС) и автоматической аргонодуговой сваркой (ААрДЭС), представлены в таблице 1.2.4.

Таблица 1.2.4 - Механические характеристики сварных соединений алюминий-литиевых сплавов В-1461,В-1469, выполненных различными видами сварки плавлением [46, 51]

Сплав Способ сварки Присадочная проволока а , МПа в св.с.' аВ св.с. К = - <*В осн.м. а, град 2 кси, кДж/м

В-1461 ЛС Прис. Св1201 315 0,58 42 110

Прис. Св1217 335 0,61 42 105

Без прис. 275 0,50 40 100

Прис. Св1209 320 0,59 40 110

Прис. Св1221 340 0,62 35 115

ААрДЭС Прис. Св1201 330 0,6 45 90

В-1469 ЛС Прис. Св1201 350 0,65 72 165

Прис. Св1217 360 0,67 55 140

Без прис. 335 0,62 54 150

Прис. Св1209 350 0,65 75 175

Прис. Св1221 360 0,67 55 170

ААрДЭС Прис. Св1201 380 0,66 70 150

Стоит отметить, что особенностью термоупрочняемых алюминиевых и алюминий-литиевых сплавов при сварке плавлением является образование зоны разупрочнения, размер которой зависит от природы сплава, его химического состава и термического цикла сварки, рисунок 1.2.2.

Рисунок 1.2.2 - Термические циклы ЛС, ААрДЭС и СТП применительно к

алюминий-литиевым сплавам [52-53]

Под его воздействием металл в зоне термического воздействия (ЗТВ) подвергается нагреву от 18-20°С до температуры ликвидуса в зоне сплавления, при этом, имеет место широкая гамма структурных и фазовых превращений, включающих распад твердого раствора и его повторное образование. От степени воздействия температуры в ЗТВ зависит уровень свойств по отношению к исходному состоянию. Так, при ЛС и ААрДЭС сплавов системы Al-Cu-Li за счет высоких температур нагрева в ЗТВ происходит растворение упрочняющих фаз, что приводит к снижению механических характеристик сварных соединений до уровня прочности 60-70% от основного металла [6, С. 285-286].

Снижение свариваемости сплавов третьего поколения стимулировало исследователей на поиски альтернативных путей создания неразъемных соединений алюминий-литиевых сплавов [54-55], способных минимизировать

термическое воздействие и формировать соединения без расплавления металла. Малое тепловложение приводит к меньшему структурно-фазовому изменению и, соответственно, разупрочнению, что делает процессы сварки в твердой фазе перспективными для сварки алюминиевых и алюминий-литиевых термоупрочняемых сплавов. Именно поэтому все большее применение при изготовлении сварных конструкций из алюминиевых сплавов находит новый процесс сварки в твердой фазе - сварки трением с перемешиванием (СТП, Friction Stir Welding, FSW).

1.3 Описание процесса СТП и перспективы его применения для соединения высокопрочных алюминий-литиевых сплавов

Способ сварки трением вращающимся инструментом был запатентован в СССР в 1965 г. и заключается в том, что свариваемый материал доводится до пластичного состояния за счет вращения и перемещения в стыке между свариваемыми деталями стержня с наконечником [14]. Однако, на тот момент, способ не нашел широкого применения. Значительно более известен патент Института Сварки Великобритании (TWI) 1991 г. [15] на способ «сварки трением с перемешиванием». В литературе также можно встретить такие названия данного процесса как: «фрикционная сварка» и «перемешивающая сварка трением».

Схема образования соединения при СТП представлена на рисунке 1.3.1 а. В зоне I происходит разогрев свариваемых кромок за счет трения, сопровождающийся очищением поверхностных слоев свариваемого металла от оксидной пленки. В зоне II проходит физический контакт и активация поверхностей за счет перемешивания свариваемого металла по всей толщине стыка наконечником инструмента и реализация пластического течения металла. Зона объемного взаимодействия III, в которой за счет наклона инструмента создается дополнительное усилие сжатия.

б

Рисунок 1.3.1 - Схема образования сварного соединения при СТП в продольном (а) [56] и поперечном (б) сечении (Б-Б), где различают четыре различными зоны А - основной материал; В - зона термического влияния; С -зона термомеханического воздействия; D - ядро сварного шва [57]

При рассмотрении поперечного сечения сварного соединения принято различать сторону «набегания», в которой направление линейной скорости вращения инструмента совпадает с вектором скорости сварки, и сторону «отставания», в которой направление линейной скорости вращения инструмента противонаправлено вектору скорости сварки. Таким образом, металл со стороны «отставания» переносится на сторону «набегания» при этом формируется специфическое соединение, характеризующееся четырьмя различными зонами, рисунок 1.3.1 б.

При СТП, как и при любых других способах сварки в твердой фазе, соединение образуется в три стадии (образование физического контакта, активация контактных поверхностей, объемное взаимодействие) в результате термомеханического взаимодействия на соединяемый материал. В независимости от характера интенсивности этого взаимодействия природа образования соединения едина. Различия заключаются в кинетике протекания отдельных стадий процесса, которые определяются условиями нагрева, характером и

интенсивностью деформации материалов, степенью локализации деформации и особенностями развития релаксационных процессов в зоне соединения. [58-60]

В настоящее время на ряде таких российских предприятий как ПАО РКК «Энергия» и АО «РКЦ «Прогресс», ГКНПЦ им. М. В. Хруничева, ФГУП «НПО Техномаш», ФГУП «ВИАМ», ОАО «НИАТ», СПбПУ Петра Великого, АО «ВНИИАЛМАЗ», ЗАО «Сеспель» и др., рисунок 1.3.2, уже накоплен опыт СТП алюминиевых сплавов, подтвердивший высокую эффективность этого метода соедиения. [61-65]. В частности, сравнительные исследования сварных соединений сплава 1424, выполненных с использованием различных способов сварки, таблица 1.3.1, показали значительные преимущества СТП.

Таблица 1.3.1 - Механические характеристики сварных соединений сплава 1424 (средние значения) [45]____

Вид сварки Марка присад. материала ^в.св.с^ МПа а, град KCU кДж/м2 ^в.св.с/ ^в.осн.мет.

шов зона

ААрДЭС Св 1597 340 95 320 270 0,75

ЛС Без прис. 320 52 120 - 0,7

ЭЛС Без прис. 380 45 135 - 0,85

СТП - 440 105 400 420 0,95

Рисунок 1.3.2 - Промышленная установка СТП (а) в производстве герметичных емкостей РКК «Энергия» [66] и в производстве универсальных ракетных

модулей РН «Ангара» (б) [67]

За рубежом разработка и изготовление инструмента осуществляется производителями оборудования для СТП - ESAВ, MTI, PTG и др., в России - на специализированных предприятиях типа АО «ВНИИАЛМАЗ». При этом, конструкции инструментов разрабатываются в соответствии со специальной методикой с учётом моделирования воздействия твёрдого тела на вязкопластичную среду при СТП, рисунок 1.3.3. [68]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пантелеев Михаил Дмитриевич, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ИКАО Объединение авиации [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: https://www.icao.int/environmental-protection/GIACC/GiaccReport_Final_ru.pdf Дата обращения: 12.07.2018.

2. Рухлинский В.М. Требования к экономической эффективности создаваемых самолетов гражданской авиации нового поколения // Проблемы безопасности полетов. 2008.№4. С.14-25.

3. Конструкция и прочность самолетов и вертолетов. Воскобойник М.С. Лагосюк Г.С., Миленький Ю.Д и др. .М.: Транспорт.1972. 440 с.

4. Белов А.Ф., Добаткин В.И. и др. Алюминиевые сплавы. Производство полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. М.: Металлургия. 1971. 493 с.

5. Giummarra С., Yocum L. New Developments in Extruded Integrally Stiffened Panels // Proceedings of 17th AeroMat Conference & Exposition. 2006. May. Seattle.

6. Prasad N.E., Gokhale A.A., Wanhill R.J.H. Aluminum-Lithium Alloys. Processing, Properties, and Applications. Elsevier Inc. 2014. 571 p.

7. Хохлатова Л.Б. Колобнев Н.И., Оглодков М.С., Михайлов Е.Д. Алюминийлитиевые сплавы для самолетостроения // Металлург. №5. 2012. С. 3135.

8. И.Н.Фридляндер. Современные алюминиевые, магниевые сплавы и композиционные материалы на их основе // МиТОМ №7. 2002.С.24-29.

9. E.N. Kablov. Characteristic features of Al-Li alloys welding // New Materials and Technologies in 21st Century, Beijing China, 2001 p.1

10 Фридляндер И.Н., Братухин А.Г., Давыдов В.Г. Алюминиево-литиевые сплавы для сварных авиационных конструкций // Металлы. 1992. № 3. С. 117-119.

11. Фридляндер И.Н. Алюминиевые сплавы в летательных аппаратах в периоды 1970-2000 и 2001 - 2015 гг. // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. №1. С. 5-9.

12. Дриц А.М., Овчинников В.В. Результаты исследований свариваемости высокопрочных сплавов системы Al-Cu-Li-Mg, легированных серебром, скандием и цирконием // Технология легких сплавов. 2011. №1. С. 29-38.

13. Лукин В.И. Арбузов Ю.П. Особенности сварки алюминиево-литиевых сплавов // Сварочное производство 1992. №11 С. 3-6.

14. А.с. 195846 СССР, МПК В23 К Кл. 49h, 35/02. Способ сварки металлов трением / Ю.В. Клименко; Опубл. 04.05.67.

15. GB Patent Application No. 9125978.8 / W. M. Thomas, E.D. Nicholas, M.G.Murch, et al/December 1991 // TWI Bull. 1995. P. 124

16. Фридляндер И.Н., Чуистов А.Л., Березина Н.И. Алюминий-литиевые сплавы. Структура и свойства. Киев: Наукова думка,1992. 190с.

17. Фридляндер И.Н., Дриц А.М., Крымова Т.В. Возможность создания свариваемых сплавов на основе системы Al-Cu-Li // МиТОМ №9, 1991г. С.30-32.

18. Диплом на открытие №390 «Явление повышения прочности и жесткости сплавов системы алюминий-магний с одновременным понижением плотности (эффект Фридляндера)» / Фридляндер И.Н., Шамрай В.Ф., Ширяева Н.В. 18.10.1990 г.

19. Патент РФ №2038405. Сплав на основе алюминия. Фридляндер И.Н., Грушко О.Е. Шевелева Л.М. 27.06.1995.

20. Лукин В.И. Грушко О.Е., Фридляндер И.Н., Шалин Р.Е. Зависимость качества сварных соединений от металлургических факторов производства сплава 1420 // Авиационная промышленность. №3. 1990 г. С. 49-51.

21. Лукин В.И. Грушко О.Е., Денисов Б.С., Шевелева Л.М. О механизме образования дефектов в сварном соединении сплава 1420 // Металловедение и технология сплавов. ВИЛС.1990 г. С. 69-73.

22. Гринин В.В., Овчинников В.В., Ширяева Н.В. Влияние различных факторов на процесс порообразования при сварке плавлением листов сплава 1420 // Тр. ИЭС им. Е.О. Патона Киев: Наукова думка, 1989 С. 14-17.

23. Грушко О.Е. Особенности влияния металлургических факторов производства сплавов 1420 на качество сварных соединений // Сварочное производство 1998 г. №1. С. 8-9.

24. Б.С. Денисов; А.И. Мейлах. Сварка в самолетостроении. Сварные конструкции МИГов. М.: Русавиа. 2007. 358 c.

25. Каблов Е.Н., Лукин В.И., Оспенникова О.Г. Сварка и пайка в авиакосмической промышленности. Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Сварка и безопасность». 2012. Т. 1. С.21-30.

26. Фридляндер И.Н. Воспоминания о создании авиакосмической и атомной техники из алюминиевых сплавов. М.: Наука. 2005. 277с.

27. Шалин Р.Е., Ефремов И.С., Яровинский Ю.Л., Лукин В.И. Опыт проектирования и изготовления крупногабаритных конструкций из алюминиево-

литиевых сплавов изделий ракетно-космической техники. //Сварочное производство. 1996. №11. С. 14-18.

28. А.с. 1600176 СССР. Состав проволоки для сварки / Герчиков Л.В., Лукин В.И., Белянин В.П. и др.; №4468116/27; заявл. 29.07.88; опубл. 20.12.96. Бюл. 35 -С. 4.

29. Овчинников В.В., Дриц А.М., Крымова Т.В. Технологические особенности производства сварных конструкций летательных аппаратов из алюминиево-литиевого сплава 1460 // Сварочное производство. 1997. №12 С.26-33.

30. Н.И.Колобнев, Л.Б.Хохлатова, В.В.Антипов. Перспективные алюминийлитиевые сплавы для самолетных конструкций // Технология легких сплавов. №2, 2007.С.35-38.

31. Клочкова Ю.Ю. Формирование структуры и свойств холоднокатаных листов из высокопрочного алюминий-литиевого сплава В-1469: дис. канд. техн. наук: 05.16.01; - М., ФГУП «ВИАМ», 2014 - 148с.

32. Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него: пат. 2163940 Рос. Федерация. №99117392/02; заявл. 09.08.1999; опубл. 10.03.2001 8 с.

33. Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него: пат. 2237098 Рос. Федерация. №2003123027/02; заявл. 24.07.2003; опубл. 27.09.2004 5 с.

34. Алюминиево-литиевые сплавы: металлургия, сварка, металловедение / О.Е.Грушко, Б.В.Овсянников, В.В.Овчинников. - М.: Наука, 2014. - 296 с.

35. Колобнев Н.И., Хохлатова Л.Б., Яковлев Н.О., Оглодков М.С. Алюминий-литиевый сплав В-1461 системы Al-Cu-Li для криогенных температур // Металлургия машиностроения. №5. 2014 С.29-33.

36. Оглодков М.С., Хохлатова Л.Б., Колобнев Н.И., Филатов А.А., Попова Ю.А. Перспектива применения плит из высокопрочного сплава В-1461 пониженной плотности в самолетных конструкциях //Все материалы. Энциклопедический справочник. 2014. №2. С. 16-22.

37. Оглодков М.С. Закономерности изменения структуры и свойств катаных полуфабрикатов из сплава В-1461 в зависимости от технологических параметров производства и термической обработки: диссертация кан. техн. наук: 05.16.01: М. 2013.

38. Алюминий-литиевые сплавы пониженной плотности. Официальный сайт ФГУП «ВИАМ». URL:https://viam.ru/al_wrought_4 (дата обращения 18.01.2017 г.)

39. Освоение в промышленном производстве полуфабрикатов из перспективного алюминий-литиевого сплава В-1469 / Клочкова Ю.Ю., Грушко О.Е., Ланцова

Л.П., и др.// Авиационные материалы и технологии.- М.: ВИАМ 2011. №1. С.8-12.;

40. Клочков Г.Г., Грушко О.Е., Клочкова Ю.Ю., Романенко В.А. Промышленное освоение высокопрочного сплава В-1469 системы Al-Cu-Li-Mg //Труды ВИАМ. 2014. №7. Ст. 01 URL: www.viam-works.ru (дата обращения 19.07.2017) DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-7-1-1;

41. Колобнев Н.И., Хохлатова Л.Б., Оглодков М.С., Клочкова Ю.Ю. Высокопрочные сплавы системы Al-Cu-Li с повышенной вязкостью разрушения для самолетных конструкций // Цветные металлы. 2013. № 9. С. 66-71.

42. Design and fabrication of large structures of aluminium-lithium alloys for aerospace technology / Shalin R.E., Efremov I.S., Yarovinskii Yu.U., Lukin V.I. // Welding International, 1997. Vol. 11. №5. p.387 - 392.

43. Свариваемые алюминиевые сплавы / И.Н. Фридляндер , А.П. Федорович, З.Н. Арчакова и др. - М.: Металлургия, 1969. Вып. 6 С.91-94.

44. Особенности и перспективы сварки алюминий-литиевых сплавов / Каблов Е.Н., Лукин В.И., Жегина И.П., Иода Е.Н. // Авиационные материалы и технологии НТС. Технология Производства авиационных металлических материалов ФГУП «ВИАМ». 2002. С.12-19.

45. Лукин В.И., Оспенникова О.Г., Иода Е.Н., Пантелеев М.Д. Сварка алюминиевых сплавов в авиакосмической промышленности // Сварка и диагностика. 2013. №2. С. 47-52.

46. Повышение надежности сварных соединений из высокопрочного алюминиево-литиевого сплава В-1461 / Лукин В.И., Иода Е.Н., Базескин А.В. и др. // Сварочное производство. 2010. № 11. С. 14-17.

47. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2008. 650 с. Шиганов И.Н., Холопов А.А. Лазерная сварка алюминиевых сплавов // Фотоника. 2010. №3. С.6-10.

48. Шиганов И.Н., Шахов С.В., Холопов А.А. Лазерная сварка алюминиевых сплавов авиационного назначения //Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Серия "Машиностроение". 2012 . № 5. С. 34 - 50.

49. Шиганов И. Н., Холопов А. А., Трушников А. В., Иода Е. Н., Пантелеев М. Д., Скупов А. А. Лазерная сварка высокопрочных алюминий-литиевых сплавов с присадочной проволокой //Сварочное производство. №6 2016. С. 44-50.

50 Лукин В.И., Иода Е.Н., Скупов А.А., Пантелеев М.Д. Особенности лазерной сварки высокопрочных алюминий-литиевых сплавов // Труды ВИАМ №10(46). 2016. С.73-79. URL: www.viam-works.ru (дата обращения 14.12.2017) DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-10-7-7.

51. Каблов Е.Н., Лукин В.И., Антипов В.В., Иода Е.Н., Пантелеев М.Д., Скупов

A.А. Эффективность применения присадочных материалов при лазерной сварке высокопрочных алюминий-литиевых сплавов // Сварочное производство №10 2016 C.17-21.

52. Лабур Т.М. Технологические основы обеспечения надежности сварных конструкций летательных аппаратов из тонколистовых алюминиево-литиевых сплавов: дис. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук, Киев, 2005.- 404с.

53. Thermal cycles and residual stresses in FSW of aluminum alloys:experimental measurements and numerical models Luciano Buglioni, , Leonardo N. Tufaro, , Hernán G. Svoboda // Procedía Materials Science 9 ( 2015 ) P. 87 - 96.

54. Threadgill, P.L., Leonard, A.J., Shercliff, H.R., Withers, P.J., 2009. Friction stir welding of aluminium alloys. Int. Mater. Rev. 54, 4993.

55. Ho-Sung Lee , Ye Rim Lee, Kyung Ju Min. Effects of Friction Stir Welding Speed on AA2195 alloy. MATEC Web of Conferences Volume 45, 2016 7th International Conference on Mechatronics and Manufacturing (ICMM 2016) http://dx.doi.org/10.1051/matecconf/20164501003/

56. Котлышев Р.Р. Механизм образования соединения и особенности технологии сварки алюминиевых сплавов трением с перемешиванием: дис. На соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2010. 145 с.

57. Бойцов А.Г., Качко В.В., Курицын Д.Н. Сварка трением перемешиванием. // РИТМ (Ремонт Инновации Технологии Модернизация), 2013. № 10 (88). С. 40-44.

58. Сварка трением: Справочник. Под ред. В.К. Лебедева, И.А.Черненко,

B.И.Вилля. Л.: Машиностроение. 1987. 236 с.

59. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т./ Редкол.:Г.А. Николаев (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1978 - Т.1/Под ред. Н.А. Ольшанского. 1978. 504 с.

60. Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. М.: Машиностроение, 1986. -280с.

61. М.М.Штрикман, А.П.Корневич, А.В.Пинский и др. Сварка трением с перемешиванием при изготовлении оребренных панелей планера самолета // Сварочное производство № 5. 2017. С. 24-28.

62. Бронз А.В., Ефремов В.И., Плотников А.Д., Чернявский А.Г. Сплав 1570С -материал для герметичных конструкций перспективных многоразовых изделий РКК «Энергия» / Космическая техника и технологии. №4(7). 2014. С. 62-67.

63. Махин И.Д., Николаев В.В., Петровичев П.С. Исследование свариваемости сплавов В-1469 и 01570С с использованием электронно-лучевой сварки применительно к конструкции перспективного пилотируемого корабля // Космическая техника и технологии 2014. №4 (7) С. 68-75.

64. Бакшаев В. А, Васильев П. А, Гордон Л. К., Тодин Ю. А., Васильев С. В. Технология сварки трением с перемешиванием в производстве алюминиевых полуприцепов. // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. № 12. С. 13 - 17.

65. Бакшаев В. А., Васильев П. А. Сварка трением с перемешиванием в производстве крупногабаритных изделий из алюминиевых сплавов. // Цветные металлы. 2014, № 1, C. 75 - 80.

66. Шачнев С.Ю., Пащенко В.А., Махин И.Д. и др. Отработка технологии сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов 1570С, АМг6 большой толщины для использования в перспективных разработках РКК «Энергия» // Космическая техника и технологии №4. 2016. C.24-30.

67. В. Токарев. Впритирку // ПРОМ Промышленность Омска. Декабрь (32) 2016. С. 12-13. электронный журнал дата обращения 20.02.2018г. URL://http://omsk-prom.ru.

68. Пат. 2393071 C1 RU. МПК B23K20/12. Способ сварки трением с перемешиванием и инструмент для сварки трением с перемешиванием. / А.Г. Бойцов, В.В. Качко. Патентообладатель АО «ВНИИАЛМАЗ». заявл. 11.12.2008; опубл. 27.06.2010.

69. А.Г. Бойцов, А.С. Плешаков, Д.Н.Курицын, Л.В.Денисов. Инструмент для сварки трением с перемешиванием. // Сборник докладов конференции «Технологии сварки плавлением новых конструкционных материалов». ФГУП «ВИАМ» 25.09.2014г.

70. Umasankar Das, Dr. Vijay Toppo "An overview over Friction Stir. Welding", International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT), V27(5), September 2015. P. 221- 230;

71. J. Martin. Pushing the boundaries - friction stir goes deeper than before// TWI Connect. - 2006. - January/February. - P. 1.

72. Fundamental Characterization of Friction Stir Welding / J. Record, J. Corington, T. Nelson, C. Sorensen // 5th International Symposium of Friction Steer Welding. Metz (France). 2004.

73. Rajiv S. Mishra, Murray W. Mahoney: Friction Stir Welding and Processing, ASM International, 2007. 352p.

74. Arbegast W.J. Friction stir welding. After a decade of development// Welding J. -2006. - 85, №3. - P. 28 - 35.

75. Бакрадзе М.М., Пантелеев М.Д., Скупов А.А., Клочков Г.Г., Щербаков А.В., Белозор В.Е. Сварка трением с перемешиванием разноименного сочетания алюминий-литиевых и алюминиевых сплавов систем Al-Cu-Li и Al-Mg // Технология легких сплавов. №4 2018. С. 78-84.

76. А. Г. Бойцов, В. В. Качко, Д. Н. Курицын. Высокоскоростная сварка трением перемешиванием авиационных материалов и конструкций // Электрофизические и электрохимические методы обработки. № 5-6 (77-78). 2013. С. 35-42.

77. Niedzinski, M., Thompson, C., 2010. Airware 2198 backbone of the Falcon family of SpaceX launchers. Light Met. Age 68, 67, December 2010, 55.

78. NASA Blogs [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: https://blogs.nasa.gov/sailing_with_nasa/tag/space-shuttle/page/4/ дата обращения 18.12.2017.

79. General Tool Company [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: https://gentool.com/capability/friction-stir-welding/ дата обращения 03.07.2018.

80. Stephan W. Kallee. NZ Fabricators begin to use Friction Stir Welding to produce aluminium components and panels //New Zealand Engineering News. August 2006

81. International Symposium of friction stir welding [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: http://www.fswsymposium.co.uk/previous-symposia/pdf-download/ Дата обращения 11.12.17.

82. Colegrove P. 3 Dimentional flow and thermal modelling of the friction stir process // 2th International symposium on FSW. Sweden, 2000.

83. Pew J, Nelson T, Sorenson C. Torque based weld power model for friction stir welding // Sience and technology of welding and joining. 2007. N 12. P.341-347.

84. Properties of friction stir welded joints in the aluminium alloys 2024, 5083, 6082/6060 and 7075/ J. K. Kristensen, C. D. Donne, T. Ghidini T. et al.// 5th International Symposium on Friction Stir Welding. Metz (France), 2004.

85. A Reynolds, W Tang Thermal Management for Production of Very High Strength alloy 7050 Friction Stir Welds // 9th International Symposium on Friction Stir Welding. Huntsville (USA) 2012.

86. S Jurak, E Boldsaikhan, D Burford Mechanical & Metallurgical Properties of Friction Stir Welded AA2198-T8 Joints // 9th International Symposium on Friction Stir Welding. Huntsville (USA), 2012.

87. R Jones. Robotic Manufacturing of 5.5 meter cryogenic fuel tank dome assemblies for the NASA Ares I Rocket // 9th International Symposium on Friction Stir Welding. Huntsville (USA), 2012.

88. Xiao Song, Li Xing, Fen-cheng Liu, Chun-ping Huang, Li-ming Ke. Friction stir welding of dissimilar 2198 and C24S Al-Li alloys // 10th International Symposium on Friction Stir Welding. Beijing, (China), 2014.

89. Youqiang Yao, Ruidong Fu, Yijun Li, Beibei Zhao, Jianfeng Zhang. Corrosion phenomenon and mechanism of friction stir welded joints of 2060 aluminum alloy // 10th International Symposium on Friction Stir Welding. Beijing, (China), 2014.

90. Yao Tao, Dingrui Ni, Bolv Xiao, Zongyi Ma. Influence of welding parameter on microstructure and mechanical property of 2198 Al-Li friction stir welds // 10th International Symposium on Friction Stir Welding. Beijing, (China), 2014.

91. Guohong Luan , Yajuan Ji, Bo Jian. Primary study on friction stir welding of the lightweight aircraft structures // 6th International Symposium on Friction Stir Welding.Saint-Sauveur, Nr Montreal, Canada. 2006.

92. Qiang Meng, Guohong Luan, Chunlin Dong,Investigation on friction stir welding process for C919 passenger aircraft fuselage panel // 10th International Symposium on Friction Stir Welding. Beijing, (China), 2014.

93. Congqing Li, Guohong Luan Development of friction stir welding technology for aircraft structures in China // 10th International Symposium on Friction Stir Welding. Beijing, (China), 2014.

94. T.LeJolu, T.F.Morgeneyer, A.F.Gourgues-Lorenzon. Effect of friction stir weld defects on fatigue lifetime of an Al-Cu-Li alloy (AA-2198)/ MINES ParisTechCentre des Materiaux, CNRS UMR7633, BP 87, 91003 Evry cedex, France.

95. Fatigue testing of 2198T8 FSW aluminium alloy with and without LoP defect. International Journal of Structural Integrity, Vol.8 Issue: 4, p.496-504.

96. Luopeng Xu, Xiaojian Cao, Qingyuan Wang, Al-Li alloy AA2198's very high fatigue crack initiation mechanism and its fatigue thermal effect, Proc. SPIE 9677,

AOPC 2015: Optical Test, Measurment, and Equipment, 967724 (8 October 2015) doi: 10.1117/12.2202283

97. Fatigue crack growth behavior of friction stir welded AA7075-T651 aluminium alloy joints/ Transactions of Ninferrous Metals Society of China. Vol. 24, Issuse 8, August 2014, p.2459-2467.

98. Особенности и преимущества процесса сварки трением с перемешиванием стыковых соединений тонколистовых алюминиево-литиевых сплавов. А. Г. Покляцкий, В. В. Кныш, И. Н. Клочков, С. И. Мотрунич // Автоматическая Сварка №5. 2016. С.93-98.

99. Шуртаков А.К. Оптимизация состава и механических свойств сваренных и крепежных соединений алюминиевых сплавов для создания кузовов железнодорожных вагонов нового поколения: дис. канд.техн. наук. ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина», Москва, 2017. 193 с.

100. Р.Б.Хейвуд. Проектирование с учетом усталости М.: Машиностоение. 1969. 504 с.

101. Chong Gao, Zhixiong Zhu, Jian Han, Huijun Li Correlation of microstructure and mechanical properties in friction stir welded 2198-T8 Al-Li alloy // Materials Science & Engineering A. 639 (2015). pp. 489-499.

102. T.L. Giles, K. Oh-Ishi, A.P. Zhilyaev, S. Swamianathan, M.W. Mahoney, T.R. McNelley The Effect of Friction Stir Processing on the Microstructure and Mechanical Properties of an Aluminum Lithium Alloy //Metallurgical and materials transactions A. VOL. 40A. JAN. 2009. pp. 104-115.

103. C. A. Weis Olea. Influence of Energy Input in Friction Stir Welding on Structure Evolution and Mechanical Behaviour of Precipitation-Hardening in Aluminium Alloys (AA2024-T351, AA6013-T6 and Al-Mg-Sc) GKSS 2008/8. P.149.

104. C.B. Fuller, Murray W. Mahoney, Mike Calabrese, Leanna Micona. Evolution of microstructure and mechanical properties in naturally aged 7050 and 7075 Al friction stir welds// Materials Science and Engineering A. 2010. V.527. P. 2233-2240.

105. M.W. Mahoney, C.G. Rhodes, J.G. Flintoff, R.A. Spurling, W.H. Bingel. Properties of friction-stir-welded 7075 T651 aluminum // Metall. Mater. Trans. A, 29, 1998, p. 1955.

106. Иванов С.Ю., Панченко О.В., Гинзбург С.А., Михайлов В.Г. Анализ локальных механических свойств сварных соединений Al-Mg-Si сплавов при сварке трением с перемешиванием // Сварочное производство, 2018. № 6. С. 2732.

107. Sun Yufeng, Fujii Hidetoshi, Takada Yutaka. Microstructure and Hardness Distribution of Friction Stir Welded 1050 Al and IF Steel with Different Original Grain Sizes / Transaction of JWRI, vol. 38 (2009), No. 2.

108. Лукин В.И., Иода Е.Н., Базескин А.В., Жегина И.П., Котельникова Л.В., Овчинников В.В. Сварка трением с перемешиванием высокопрочного алюминиево-литиевого сплава В-1469 // Сварочное производство. 2011.№ 4.С. 2630.

109. Пат. 0002610996 Российская Федерация 17.02.2017 Способ повышения прочностных свойств сварных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием // Патент России №217.015.AF60 25.08.2017.

110. Аннин Б.Д., Фомин В.М., Карпов Е.В., Маликов А.Г., Оришич А.М. Комплексное исследование лазерной сварки высокопрочного сплава В-1469 // Авиационные материалы и технологии. 2016. №3 (42). С.9-16.

111. J.C. Huang, A.J. Ardell. Strengthening mechanisms associated with T1 particles in two Al-Cu-Li alloys // J. de Phys. - 1987. - 48, N 9. - P. C3-373-C3-383.

112. R.J. Rioja, J. Liu, The Evolution of Al-Cu Base Products for Aerospace and Space Application// Metall and Mat Trans A (2012) 43: 3325. https://doi.org/10.1007/s11661-012-1155-z.

113. V. S. Raja, Tetsuo Shoji, Stress Corrosion Cracking: Theory and Practice. Elsevier, 2011.816 p;

114. Г. Сриниваса, В.В. Субба, С.Р. Котесвара. Микроструктура и коррозия в солевом тумане алюминиевого сплава АА2219 после ротационной сварки трением // МиТОМ №4(742), 2017. С.27-35.

115. Connolly B.J, Davenport A.J, Jariyaboon M. et al: Localised corrosion of friction stir welds in aliminium alloys / 5th International Friction Stir Welding Symposium. Metz.France, 2004.

116. Biallas G., Braun R, Donne C.D. et al. Mechanical properties and corrosion behavior of friction stir welded 2024-T3 / 1st International Symposium of Friction Stir Welding, Thousand Oaks, CA. 1999, Surekha K., Murty B.S., Prasada Rao K. Effect of processing parameters on the corrosion behavior of friction stir processd AA2219 aluminium alloy // Solid State Sciences. 2009. V.11. P. 907-917.

117. Corral, J., Trillo, E.A., Li, Y. et al. Corrosion of friction-stir welded aluminum alloys 2024 and 2195 // Journal of Materials Science Letters (2000) 19: 2117-2122. https://doi.org/10.1023/A: 1026710422951

118. Hu W. Meletis E.I. Corrosion and environment assisted cracking behavior of friction stir welded Al2195 and Al2219 alloys // Materials and Science Forum, V. 331337, p.1683-1688.

119. Е.В. Аболихина, А.И. Семенец, А.П. Еретин. Коррозионная стойкость обшивок нижних панелей внутри кессонов крыла самолетов Ан-24, Ан-26 // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии № 41, 2009. C. 76-91.

120. Маркашова Л.И., Покляцкий А.Г., Кушнарева О.С. Влияние способов сварки на структуру и механические свойства соединений алюминиевого сплава 1460 // Автоматическая сварка №3. 2013. С.20-25.

121. Бецофен С.Я., Антипов В.В., Грушин И.А., Князев М.И., Хохлатова Л.Б., Алексеев А.А.. Закономерности влияния состава Al-Li сплавов на количественное соотношение 5'(Al3Li), S1 (Al2MgLi) и T1 (Al2CuLi) фаз // Металлы, 2015. №1. C.59-66.

122. Князев М.И. Разработка количественных методов исследования фазового состава, текстуры и анизотропии свойств алюминий-литиевых сплавов: дис. канд. техн. наук, 05.16.01: М. 178 c.

123. Бойцов А.Г., Люшинский А.В., Баранов А.А. Сварка трением перемешиванием корпусных деталей из высокопрочных алюминиевых сплавов // Авиакосмическое приборостроение, 2015 №7 C.3-11.

124. Myhr, O.R., Grong, O., 1991. Process modelling applied to 6082-T6 aluminium weldments. I. Reaction kinetics. Acta Metall. Mater. 39 (11), 2693-2702;

125. J.D. Robson, A. Sullivan, H.R. Shercliff, G. McShane, Microstructural evolution during friction stir welding of AA7449, Proceedings of the fifth International Symposium on Friction Stir Welding, Sept 2004 (Metz, France), TWI.

126. Smith, S.D.: Validation of analytical and computational model of friction stir welding. TWI member report N°MR816/200, TWI, Cambridge, UK (2004).

127. Russell, M.J.; Shercliff, H.R.: Analytical modelling of friction stir welding // 7th International Conference Joints in Aluminium - Inalco. (TWI, Cambridge, UK) 1998.

128. Shercliff, H.R., Russell, M.J., Taylor, A., Dickerson, T.L., 2005. Microstructural modelling in friction stir welding of 2000 series aluminium alloys. M'ecaniques. Ind. 6, P. 25-35.

129. Russell, M.J.; Shercliff, H.R.: Analytical modelling of microstructure development in friction stir welding. In: Proceedings of the 1st International Symposium on Friction Stir Welding. June, Thousand Oaks, CA, USA, 1999.

130. Котлышев Р.Р., Шучев К.Г., Крамской А.В. Расчет температур при сварке трением с перемешиванием алюминиевых сплавов // Вестник ДГТУ. 2010. Т.10. № 5(48). С.648-654.

131. Ю.М. Должанский, Ф.С. Новик, Т.А. Чемлева. Планирование эксперимента при исследовании и оптимизации свойств сплавов. Методическое пособие под ред. Ю.П.Адлера. ОНТИ(ВИАМ) 1974. 132 с.

132. Бакрадзе М.М., Пантелеев М.Д., Скупов А.А., Белозор В.Е., Пономарев П.А. Оптимизация механических характеристик сварных соединений, выполненных СТП, с использованием современных вычислительных систем // Труды ВИАМ №4(76) 2019 С. 11-20 URL: www.viam-works.ru (дата обращения 21.02.2019) DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-4-11-20.

133. Скупов А.А., Иода Е.Н., Пантелеев М.Д. Новые присадочные материалы для сварки высокопрочных алюминий-литиевых сплавов // Труды ВИАМ №9 (45) 2016 С.30-37 URL: www.viam-works.ru (дата обращения 14.12.2017) DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-9-4-4.

134. Лукин В.И., Иода Е.Н., Скупов А.А., Пантелеев М.Д., Овчинников В. В., Малов Д.В. Влияние шероховатости поверхности швов, выполненных СТП, на усталостные характеристики сварных соединений сплавов В-1461 и В-1469 // Сварочное производство. №3 2017. С.18-24.

135. Лукин В.И., Иода Е.Н., Пантелеев М.Д., Скупов А.А., Овчинников В.В. Сварка трением с перемешиванием высокопрочных алюминий-литиевых сплавов В-1461, В-1469 // Сварочное производство.2015. №7. С. 21-25.

136. V. I. Lukin, E. N. Ioda, A. A. Skupov & M.D.Panteleev. Friction stir welding of V-1461 and V-1469 high strength aluminium-lithium alloys. Welding international. 2016, vol 30, no 1, 60-64.

137. V. I. Lukin, E. N. Ioda, A. A. Skupov, M. D. Panteleev, V. V. Ovchinnikov & D. V. Malov. Effect of the surface roughness of friction stir welded joints on the fatigue characteristics of welded joints in V-1461 and V-1469 aluminium-lithium alloys // Welding International, 31:12, 974-978, DOI: 10.1080/09507116.2017.1369062.

138. Лукин В.И., Иода Е.Н., Скупов А.А., Пантелеев М.Д. Влияние термической обработки на характеристики сварных соединений высокопрочных алюминий-литиевых сплавов // Труды ВИАМ. 2015. № 4. С.41-47. URL: www.viam-works.ru (дата обращения 09.12.2017, ) D0I:10.18577/2307-6046-2015-0-4-6-6.

139. Лукин В.И., Иода Е.Н., Пантелеев М.Д. и др. Влияние термической обработки на свойства сварных соединений высокопрочных алюминий-литиевых сплавов,

выполненных сваркой трением с перемешиванием // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2015. № 1 (43). С. 8-13.

140. Скупов А.А., Пантелеев М.Д., Иода Е.Н., Мовенко Д.А. Эффективность применения редкоземельных металлов для легирования присадочных материалов. // Авиационные материалы и технологии. 2017. №3. С. 14-19. DOI: 10.18577/20719140-2017-0-3-14-19.

141. Лукин В. И., Иода Е. Н., Пантелеев М. Д., Скупов А. А., Фомина М. А., Овчинников В. В. Влияние термической обработки на механические свойства и коррозионную стойкость сварных соединений высокопрочных алюминий-литиевых сплавов // Сварочное производство №6 2016 С. 40-44.

142. V. I. Lukin, E. N. Ioda, M. D. Panteleev, A. A. Skupov, M. A. Fomina & V. V. Ovchinnikov (2017) Effect of heat treatment of the mechanical properties and corrosion resistance of welded joints in high-strength aluminium-lithium alloys, Welding International, 31:6, 477-480.

143. Лукин В.И., Кулик В.И., Бецофен С.Я., Лукина Е.А., Шаров А.В., Пантелеев М.Д., Саморуков М.Л. Сварка трением с перемешиванием полуфабрикатов высокопрочного алюминий-литиевого сплава В-1469 // Труды ВИАМ №12(60). 2017. С.13-24 URL: www.viam-works.ru (дата обращения 21.01.2018) DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-12-2-2.

144. Бецофен С.Я., Лукин В.И., Долгова М.И., Пантелеев М.Д., Кабанова Ю.А. Фазовый состав, текстура и остаточные напряжения в соединениях из сплава В-1469, полученных сваркой трением с перемешиванием // Деформация и разрушение материалов №11 2017. С.33-41.

145. Шамрай В.Ф., Клочкова Ю.Ю., Лазарев Э.М., Гордеев А.С., Сироткин В.П. Структурные состояния материала листов алюминий-литиевого сплава 1469 // Металлы, 2013. №5. С.77-84.

146. Бецофен С.Я., Антипов В.В., Князев М.И. Фазовый состав, текстура и анизотропия механических свойств сплавов Al-Cu-Li и Al-Mg-Li (Обзор) // Деформация и разрушение материалов, 2015. №11. С. 10-26.

147. Бецофен С.Я., Антипов В.В., Князев М.И., Оглодков М.С. Исследование влияния термообработки на фазовый состав, текстуру и механические свойства сплава системы Al-Cu-Li В-1461 // Металлы, 2015. №6. С.77-84.

148. Effect of anisotropy on fatigue properties of 2198 Al-Li plates joined by friction stir welding P. Cavaliere, A. De Santis , F. Panella , A. Squillace / Engineering Failure Analysis 16 (2009) 1856-1865.

149. Лукин В.И, Бецофен С.Я., Пантелеев М.Д., Долгова М.И. Влияние термодеформационного цикла СТП на формирования структуры сварного соединения сплава В-1469 // Сварочное производство №7. 2017.С 17-24.

150. Бецофен С.Я., Сбитнева С.В., Пантелеев М.Д., Бакрадзе М.М., Долгова М.И., Кабанова Ю.В. Исследование формирования фазового состава сплава системы Al-Cu-Li В-1469 в процессе сварки трением с перемешиванием // Металлы №6 2018. С. 54-63.

151. Lynch, S.P., Muddle, B.C., Pasang, T., 2002. Mechanisms of brittle intergranular fracture in Al-Li alloys and comparison with other alloys. Philos. Mag. A 82(17, 2002, p. 3361-3373

152. Авиационные материалы: Справочник в 12-ти томах. 7-е изд., перераб. и доп. /Под общ.ред. Е.Н. Каблова. М.: ВИАМ. 2009. Т. 4. Ч. 1. Кн. 1. 170 с.

153. Подживотов Н.Ю., Каблов Е.Н., Антипов В.В, Ерасов В.С.,Серебренникова Н.Ю, Абдуллин М.Р, Лимонин М.В. Слоистые металлополимерные материалы в элементах конструкции воздушных судов // Перспективные материалы. 2016. №10. С. 5-19.

154. Романенко В.А., Клочкова Ю.Ю., Клочков Г.Г., Бурляева И.П. Прессованная панель из алюминий-литиевого сплава В-1469 // Труды ВИАМ №8. 2016. Ст.01. URL: www.viam-works.ru (дата обращения 19.12.2016) DOI: 10.18577/2307-60462016-0-8-1-1.

155. Дударьков Ю.И., Лимонин М.В. Применение метода конечных элементов к расчету несущей способности стрингерных панелей // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2012. №90 С.36-43.

156 Лукин В.И., Ерасов В.С., Пантелеев М.Д., Автаев В.В., Саморуков М.Л., Кулик В.И. Освоение сварки трением с перемешиванием применительно к конструкции крыла самолета // Сварочное производство №6 2017 С.44-48.

Благодарности

Благодарю моего научного руководителя, кандидата технических наук Бакрадзе Михаила Михайловича за помощь на всех этапах выполнения диссертации и мотивационную поддержку.

Особую благодарность выражаю доктору технических наук, профессору Лукину Владимиру Ивановичу, так как часть работы выполнена под его научным руководством.

Персонально выражаю признательность коллегам за неоценимую помощь в проведении научных исследований:

- доктору технических наук, профессору Бецофену Сергею Яковлевичу,

- кандидату технических наук Сбитневой Светлане Викторовне;

- кандидату технических наук Морозовой Ларисе Владимировне;

- Иода Евгении Наумовне;

- Скупову Алексею Алексеевичу;

- Белозору Владиславу Евгеньевичу;

за детальные, справедливые замечания и оказанную методическую помощь:

- доктору технических наук Ночовной Надежде Алексеевне;

- кандидату технических наук Серебренниковой Наталье Юрьевне;

- кандидату технических наук Оглодкову Михаилу Сергеевичу; Также, выражаю отдельную благодарность моей семье за всестороннюю

поддержку и веру в мои силы.